地下工程开挖对邻近桩筏基础的影响验证

根据3.4.1节的方法，编制Fortran程序来计算层状地基中隧道开挖对桩筏基础的水平影响。与竖向分析一样，将该程序计算结果和已有方法的结果、DCFEM的计算结果以及实验结果进行对比来验证该程序的正确性。

1.均质地基中隧道开挖对单桩的水平影响

采用本书方法对如图3-9所示问题进行计算，分别设定地层损失比ε0为1%、2.5%和5%计算隧道开挖使邻近单桩产生的附加变形和内力，并与Xu和Poulos(2001)以及Kitiyodom等(2005)的结果进行对比。

图3-38所示为单桩本书计算结果和已有方法计算结果的比较。从图上可以看出，无论是桩身附加水平位移还是桩身附加弯矩，本书计算结果与Xu和Poulos(2001)利用边界元计算的结果以及Kitiyodom等(2005)采用Mindlin解计算的结果均基本一致。

图3-38　均质地基中隧道开挖对单桩水平影响

2.均质地基中隧道开挖对群桩基础的水平影响

如图3-11所示，采用本书方法和DCFEM方法对隧道开挖对邻近2×2群桩基础的水平影响进行分析，地层损失比取为1%，其他参数见图中所示。

隧道开挖对邻近群桩基础的水平影响的计算结果如图3-39所示。从本书方法计算结果和DCFEM计算结果对比可见，本书方法与DCFEM方法结果具有较好的一致性，只有在隧道轴线附近有较小的差别。可以归纳出本书方法是可靠的。

图3-39　隧道开挖对群桩基础的水平影响

图3-40中将图3-11中所示隧道开挖对群桩基础的影响和离隧道相同距离处单桩的影响进行了对比，从图上可以看到群桩效应对水平位移的影响很小，单桩的水平位移与群桩的水平位移基本一致。但是群桩效应对弯矩还是具有一定影响，虽然对前桩弯矩基本与单桩时的弯矩一致，但是对于后桩，弯矩反而增大，群桩效应对水平桩的自身承载力具有一定的削弱作用。

图3-40　隧道开挖对群桩水平影响和单桩水平影响对比

3.均质地基中隧道开挖对高承台群桩基础的水平影响

利用本书程序计算如图3-14所示2×2的桩筏基础，参数与竖向分析中相同。不考虑筏板和土的相互作用，桩顶部受承台约束。计算中，地层损失比取为1%。

图3-41所示为均质地基中隧道开挖对邻近高承台群桩基础的水平影响的计算结果。Xu和Poulos(2001)以及Kitiyodom等(2005)也分别对该问题进行了研究，这里将本书计算结果和Xu和Poulos(2001)以及Kitiyodom等(2005)的结果进行了对比。从图上可见，本书方法计算桩身位移与Xu和Poulos(2001)利用边界元的计算结果以及Kitiyodom等(2005)利用Mindlin解计算结果一致。桩身弯矩与Kitiyodom等(2005)结果较为一致，但是在桩头附近，与已有计算结果稍有差异，这可能是因为没有考虑竖向荷载对桩筏基础的影响。

4.均质地基中隧道开挖对桩筏基础的水平影响

同样采用图3-14中的模型，考虑筏板和土的相互作用(桩筏基础)，地层损失比取4.69%，其他计算参数与计算高承台群桩时一致，分析均质地基中隧道开挖对邻近桩筏基础的水平向影响。(www.xing528.com)

图3-41　隧道开挖对邻近高承台桩基的水平影响

图3-42所示为均质地基中隧道附近桩筏基础的计算结果，从图上可见，除了桩顶附近，本书方法计算所得桩身的水平变形和弯矩均与Kitiyodom等(2005)计算所得结果相当接近，而桩顶附近的差异应当为未考虑水平和竖向耦合作用所致。

图3-42　均质地基中隧道开挖对桩筏水平影响

5.分层地基中隧道开挖对单桩的水平影响

计算如图3-17所示双层地基中隧道开挖对邻近单桩影响的问题，采用本书方法和DCFEM方法对隧道开挖引起的单桩的水平向附加变形和内力进行计算研究，其中地层损失比取为1%。

分层地基中单桩的计算结果如图3-43所示。从图上可见本书方法与DCFEM方法计算结果较为接近，可见本书方法计算结果是正确的。

图3-43　层状地基中隧道开挖对邻近单桩的水平影响

6.分层地基中隧道开挖对桩筏基础的水平影响

计算模型如图3-19所示，计算中，地层损失比取1%。层状地基中隧道开挖对桩筏基础影响计算结果如图3-44所示，从图上可见本书方法计算结果与DCFEM方法的计算结果较为接近，由于没有考虑筏板的竖向约束，桩头位置处的计算结果与DCFEM稍有差距。

图3-44　层状地基中隧道开挖对桩筏基础的水平影响

7.离心试验验证

同样对图3-21中所示Ong等(2006)在新加坡国立大学的离心试验进行计算，图3-45为离心试验计算结果，可见本书计算结果和试验实测结果是比较接近的。

基于以上几个典型算例，通过与既有计算结果、DCFEM和离心试验结果的对比验证，证明水平被动桩的分析程序是正确的。